淺談山區(qū)鐵路淺埋偏壓隧道洞口段施工技術(shù)

吳新棟

【摘 要】山區(qū)鐵路建設(shè)，地形地貌變化大，相當(dāng)一部分隧道進(jìn)出洞存在淺埋、偏壓，進(jìn)出洞極易引起洞內(nèi)坍塌、洞外山體滑移，影響進(jìn)度及工期，甚至威脅到鐵路運(yùn)營(yíng)安全。為保證淺埋偏壓隧道進(jìn)出洞施工安全，必須結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，采取切實(shí)可行的施工方法和有效支護(hù)措施。

【Abstract】The railway construction in mountain areas has great changes in topography and geomorphology， and quite a few tunnels has shallow burial and bias pressure. The entrance and exit of the cave will easily cause the collapse of the tunnel and the slip of the outside of the cave. It affects the schedule and the construction period， and even threatens the safety of the railway operation. In order to ensure the construction safety of the entrance and exit of shallow buried unsymmetrial loading tunnel，practical construction methods and effective supporting measures must be taken in combination with the field conditions.

【關(guān)鍵詞】淺埋偏壓；預(yù)加固樁；明洞暗做

【Keywords】shallow buried bias； pre-reinforced pile； do open cut tunnel in the dark

【中圖分類號(hào)】U45 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）05-0150-03

1 引言

山區(qū)鐵路隧道的施工，如不能夠及時(shí)采取合理的施工方法和行之有效的輔助施工措施，隧道初期支護(hù)容易發(fā)生較大的變形、進(jìn)而可能引起洞內(nèi)坍塌、洞外山體滑移，加大隧道安全風(fēng)險(xiǎn)。在高風(fēng)險(xiǎn)淺埋偏壓隧道進(jìn)出洞施工中表現(xiàn)尤為突出。

2 工程概況

2.1 隧道概況

九山2號(hào)隧道位于廣東省郁南縣境內(nèi)，進(jìn)口里程為D1K307+208；出口里程為D1K307+587，隧道全長(zhǎng)379m。隧道縱坡為連續(xù)下坡，變坡點(diǎn)里程為D1K307+360，坡度分別為5.8‰和2.5‰，坡長(zhǎng)分別為4150m和600m。

2.2 工程施工重難點(diǎn)

隧道出口偏壓嚴(yán)重，隧道出口采用單壓耳墻式洞門，進(jìn)口偏壓式明洞門，其中D1K307+208～D1K307+217、D1K307+567～D1K307+587段為明洞式襯砌、D1K307+549～D1K307+567段明洞采用半明半暗的工法施工，特殊明洞式襯砌。

3 工程施工條件

3.1 自然條件

隧址為粵西北低山丘陵區(qū)，地形起伏大，最大高差約89m，區(qū)域內(nèi)大氣降水豐富，山體植被覆蓋較好，多被開墾種植成片橘子樹。洞身主要穿越粉質(zhì)黏土、全～強(qiáng)～弱風(fēng)化的寒武系砂巖等。

3.2 工程地質(zhì)特征

全～強(qiáng)風(fēng)化砂巖結(jié)構(gòu)面發(fā)育，有較多不規(guī)則裂隙，多張開，部分有填充物，開挖后自穩(wěn)能力差；D1K307+510～D1K307+587段為隧道出口，偏壓嚴(yán)重，對(duì)洞口結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定性影響較大；埋深淺，表層殘積土及全風(fēng)化砂巖層土體松散，土層呈砂土狀，開挖極易塌陷，評(píng)估初始風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為高度風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 水文地質(zhì)特征

地下水主要是寒武系基巖裂隙水，水量微弱，施工過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)較集中地下水。

隧道涌水量可用經(jīng)驗(yàn)公式：Qs=2.74·α·W·A面積（km2），取值0.026km2，經(jīng)估算Qs=15m3/d；最大涌水量Q0=22.5m3/d。地下水不是很大，不會(huì)對(duì)施工產(chǎn)生大的影響。實(shí)際施工中揭示涌水量與理論計(jì)算基本吻合。

4 主要施工技術(shù)

4.1 主要施工方法概述

隧道出口偏壓嚴(yán)重，地形較高的一側(cè)布置預(yù)加固樁，并進(jìn)行地面錨桿加固，設(shè)置8根截面為2.5×2.5m的預(yù)加固樁，樁間凈距為4.0m，與隧道外側(cè)凈距5m，長(zhǎng)度均為28m。D1K307+522～D1K307+542段設(shè)置地面錨桿，控制范圍為隧道中線兩側(cè)各10m，錨桿采取間距1.5×1.5m的梅花形布置，地勢(shì)較低的一側(cè)設(shè)置擴(kuò)大基礎(chǔ)及偏壓耳墻。斷面布置形式參見圖1。

D1K307+567～D1K307+587段為明洞，采用明挖法施工。

D1K307+549～D1K307+567段為洞口段為高風(fēng)險(xiǎn)集中段，為施工關(guān)鍵控制點(diǎn)，施工采取半明半暗的特殊施工工藝，首先施作耳墻；然后打設(shè)φ89超前管棚注漿加強(qiáng)支護(hù)；從地勢(shì)較低側(cè)向較高側(cè)依次施作套拱；在套拱的保護(hù)下，采用弧形開挖，留核心土，隨挖隨支；在澆筑初支和二襯混凝土后進(jìn)行仰拱填充；最后回填土石至設(shè)計(jì)厚度并施作漿砌片石。

4.2 施工流程

隧道出口總體施工順序?yàn)椋菏紫仁┕1K307+541.5～D1K307+587里程段預(yù)加固樁，再施工地面錨桿；待預(yù)加固樁和地面錨桿施工完成后，方進(jìn)行施工洞口開挖和明洞施工，以充分利用預(yù)加固樁和地面錨桿聯(lián)合作用消除山體偏壓的影響，從而保證洞內(nèi)施工安全。明洞段施工時(shí)，先施工D1K307+549～D1K307+567明洞暗挖段，且由大里程向小里程施工，然后施工D1K307+567～D1K307+587明洞段。

4.2.1 預(yù)加固樁的施工

預(yù)加固樁共設(shè)置8根，其中一根與端墻位置重合，樁型為矩形2.5m×2.5m，間距為4.0m，長(zhǎng)度均為28m，與隧道外側(cè)凈距5.0m。采用人工挖孔，綁扎鋼筋，澆筑混凝土的施工方法，施工采用跳樁法施工。

4.2.2 地面錨桿的施工

D1K307+522～D1K307+542里程范圍內(nèi)設(shè)置地面錨桿，錨桿長(zhǎng)度控制在與隧道外壁1.0m，隧道中線兩側(cè)各10m，梅花形布置，間距為1.5×1.5m。地面錨桿設(shè)置里程代表橫斷面圖如圖2所示。

4.2.3 洞口開挖施工

①調(diào)查洞口自然排水體系，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形地勢(shì)布局洞口的截排水系統(tǒng)的施工，并做好洞口邊仰坡防護(hù)施工，然后才安排洞口開挖。②按照設(shè)計(jì)坡率開挖邊仰坡，采用自上而下逐段以及分層開挖，每層厚度約2～3m，并預(yù)留20～30cm用人工刷坡。[1]③自邊仰坡頂部向下，分層開挖，分級(jí)防護(hù)，每開挖一級(jí)緊跟防護(hù)一級(jí)，以盡可能縮短裸露邊坡暴露時(shí)間。

4.2.4 明洞暗挖法施工

D1K307+549～D1K307+567段采用半明半暗的工法施工，特殊明洞式襯砌，背離山體一側(cè)設(shè)偏壓耳墻，由于隧道出口段存在偏壓情況，且距離較長(zhǎng)，采用半明半暗的施工工藝，D1K307+549定為全部暗挖分界里程，具體方案如下：

①開挖外邊墻部分①，自上而下放坡開挖，分段開挖、分段澆筑耳墻，起止里程D1K307+549～D1K307+567，由大里程向小里程施工，臨時(shí)邊坡防護(hù)采用錨網(wǎng)噴支護(hù)型式。

② 待外邊墻施工完畢后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地面線情況施作套拱，采用φ89管棚超前支護(hù)，每3延米施作一環(huán)，每根鋼管長(zhǎng)度按照3～6m控制，環(huán)向每40cm一根，管棚外傾角不大于12°，具體數(shù)值根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際適當(dāng)作靈活改變，開挖采用弧形周邊開挖，中間預(yù)留核心土，隨挖隨支，具體工序安排如下：第一， 架立靠近耳墻的A單元格柵鋼架。第二， 將前一循環(huán)施工好的格柵拱架作為導(dǎo)向墻，施作超前支護(hù)，人工配合機(jī)械（或弱爆破）開挖②部，初噴3～5cm厚混凝土封閉，施作②部周邊的邊坡支護(hù)，架立中間的A單元格柵鋼架，鉆設(shè)系統(tǒng)錨桿后二次噴射混凝土至圖紙要求厚度，每循環(huán)進(jìn)尺一次，掌子面緊跟噴射5cm厚混凝土封閉。第三， 在滯后于②部一段距離后，同樣工法開挖③部，初噴混凝土封閉，施作③部周邊的邊坡支護(hù)，架立遠(yuǎn)離耳墻處的A單元格柵鋼架，施作鎖腳鋼管、系統(tǒng)錨桿后二次噴射混凝土，每循環(huán)進(jìn)尺一次，每循環(huán)噴射混凝土封閉掌子面一次。第四， 在滯后于③部一段距離后，同樣工法開挖④部，初噴混凝土封閉，施作④部周邊的邊坡支護(hù)，架立B單元格柵鋼架，施工鎖腳鋼管、系統(tǒng)錨桿，復(fù)噴混凝土，噴射混凝土封閉掌子面。第五， 在滯后于④部一段距離后，同樣工法開挖⑤部，初噴混凝土封閉，施作⑤部周邊的邊坡支護(hù)，架立C單元格柵鋼架，施工鎖腳鋼管、系統(tǒng)錨桿，復(fù)噴混凝土，噴射混凝土封閉掌子面。第六， 按兩臺(tái)階分步開挖⑥和⑦部。第七，在滯后于⑦部一段距離后，開挖⑧部，分別灌筑仰拱及仰拱填充。第八， 認(rèn)真分析現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，判定初期支護(hù)已收斂后，整體澆筑拱墻二次襯砌。③按照?qǐng)D紙要求分層夯實(shí)回填洞頂，施做永久防護(hù)漿砌片石。施工方法見圖3“隧道出口施工方法圖”，施工工藝流程圖見圖4所示。

4.2.5 明洞施工

隧道出口D1K307+567～D1K307+587段采用單壓耳墻式明洞，采用明挖法施工，明洞襯砌在偏壓墻基礎(chǔ)混凝土施工完成后，采用偏壓加強(qiáng)襯砌，背離山體一側(cè)設(shè)偏壓耳墻，拱墻及仰拱均設(shè)置雙層鋼筋，混凝土為C25泵送混凝土，采用行走式全液壓襯砌臺(tái)車襯砌。[2]

5 施工注意事項(xiàng)

5.1 邊仰坡及明洞施工

①臨時(shí)邊仰坡應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行支護(hù)，做好臨時(shí)邊仰坡的防護(hù)和防排水系統(tǒng)；根據(jù)工作面施工作業(yè)空間條件，盡可能早施做拱部超前管棚，以提高對(duì)后續(xù)斷面的支護(hù)作用。② 出口明洞段在預(yù)加固樁施工完畢后方可施作；出口明洞段施工時(shí)，先施工D1K307+549～D1K307+567段，且由大里程向小里程施工。③明洞施工時(shí)采用分段分層拉槽開挖，隨挖隨支，確保邊坡的穩(wěn)定；明洞施工要開挖一環(huán)，襯砌一環(huán)。④待邊坡或初期支護(hù)變形收斂后，立即施做仰拱和二次襯砌，防止大斷面偏壓隧道邊墻發(fā)生向內(nèi)位移。⑤明洞頂部回填土石，須待襯砌達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%并及時(shí)施作防水層后方可進(jìn)行。

5.2 加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作

本隧道施工過(guò)程中強(qiáng)調(diào)重視監(jiān)控量測(cè)工作，洞口段施工中布置的必測(cè)項(xiàng)目包含坡面穩(wěn)定檢測(cè)、地表沉降觀測(cè)、拱頂下沉和洞內(nèi)初支收斂變形等。嚴(yán)格按要求布點(diǎn)和按照規(guī)定的頻率實(shí)施觀測(cè)。通過(guò)分析觀測(cè)數(shù)據(jù)成果及時(shí)掌握刷坡面及圍巖的動(dòng)態(tài)，對(duì)支護(hù)的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并據(jù)此調(diào)整相關(guān)支護(hù)參數(shù)，保證隧道施工安全和結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定。

6 結(jié)語(yǔ)

淺埋偏壓隧道洞口段的施工，處理好偏壓?jiǎn)栴}最為核心和關(guān)鍵，施工準(zhǔn)備階段，要根據(jù)圖紙與設(shè)計(jì)要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的自然、水文和地質(zhì)條件，做好風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作，制定有針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)處理措施，消除風(fēng)險(xiǎn)或降低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，創(chuàng)造相對(duì)安全的施工環(huán)境。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)變形檢測(cè)結(jié)果分析，實(shí)際隧道周邊變形在可控范圍內(nèi)，說(shuō)明我們所采取的施工方法措施是比較成功的。

【參考文獻(xiàn)】

【1】鄧彬.探討隧道淺埋偏壓洞口段施工技術(shù)[J].山西建材，2014（03）：163-165.

【2】楊帆.隧道淺埋偏壓段地表回填注漿及開挖支護(hù)施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2007（05）：79-82.